CN104282782A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明讨论了一种太阳能电池及其制造方法，所述太阳能电池包括半导体基板、在该半导体基板的一个表面上形成的隧穿层、在该隧穿层表面上形成的第一导电半导体层，和在该隧穿层表面上形成的第二导电半导体层。分离部将该第一与第二导电半导体层相互分离，所述分离部在与该第一与第二导电半导体层之间边界的至少一部分对应的位置处在该隧穿层表面上形成。

Description

太阳能电池及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年7月5日向韩国知识产权局递交的韩国专利申请10-2013-0079184号的优先权，通过引用将其公开内容并入本说明书中。
技术领域
本发明的实施方式涉及一种太阳能电池及其制造方法，更具体而言，涉及一种具有后表面电极结构的太阳能电池及其制造方法。
背景技术
近来，由于如石油和煤等现有能源的逐渐枯竭，对于代替现有能源的可替代能源的兴趣日渐增加。最重要的是，太阳能电池是将日光转换为电能的受欢迎的下一代电池。
太阳能电池可以通过基于设计形成各种层和电极而制造。各种层和电极的设计可以决定太阳能电池的效率。对于太阳能电池商业化而言最为重要的要求是克服太阳能电池的低效率，并设计各种层和电极以最大化提高太阳电池效率。另外，需要简化具有各种层和电极的太阳能电池的制造方法。
发明内容
因此，鉴于以上问题完成了本发明的实施方式，并且本发明的实施方式的一个目的是提供一种具有优异性质和高生产率的太阳能电池及其制造方法。
根据本发明的一个实施方式，以上目的和其他目的可以通过提供下述太阳能电池而实现，所述太阳能电池包括半导体基板、形成在半导体基板的一个表面上的隧穿层、形成在隧穿层表面上的第一导电半导体层、形成在隧穿层表面上的第二导电半导体层，和将第一和第二导电半导体层相互分离的分离部，并且所述分离部在与第一导电半导体层与第二导电半导体层之间边界的至少一部分对应的位置处在所述隧穿层表面上形成。
根据本发明的另一实施方式，提供一种太阳能电池的制造方法，所述方法包括在半导体基板的一个表面上形成隧穿层，在隧穿层表面上形成第一导电半导体层和第二导电半导体层，第一和第二导电半导体层相互接触，并通过选择性地除去隧穿层上的部分第一和第二导电半导体层而在第一与第二导电半导体层之间边界的至少一部分中形成沟槽。
根据本发明的另一实施方式，提供一种太阳能电池制造方法，所述方法包括制备半导体基板，在半导体基板的一个表面上形成隧穿层，在隧穿层表面上形成本征半导体层，并在本征半导体层中掺杂第一导电掺杂剂和第二导电掺杂剂以分别形成第一导电半导体层和第二导电半导体层，其中，在所述掺杂中，第一导电半导体层与第二导电半导体层之间的边界部分地未进行掺杂，从而形成分离部。
附图说明
通过与附图结合的以下详细描述，可以更加清楚地理解本发明的实施方式的上述目的和其他目的、特征及其它优点，附图中：
图1是显示本发明的一个实施方式的太阳能电池的截面图；
图2是显示本发明的该实施方式的太阳能电池的背面平面图；
图3A～图3K是显示本发明的该实施方式的太阳能电池的制造方法的截面图；
图4是显示取决于温度和浓度使用四甲基氢氧化铵(TMAH)的硅蚀刻速率的图；
图5是显示取决于温度和浓度使用四甲基氢氧化铵的氧化硅蚀刻速率的图；
图6是显示本发明的另一实施方式的太阳能电池的背面平面图；
图7是显示本发明另一实施方式的太阳能电池的第一和第二导电半导体层以及沟槽的局部平面图；
图8是显示本发明的另一实施方式的太阳能电池的截面图；
图9A～图9F是显示本发明的该实施方式的太阳能电池的制造方法的截面图；
图10是显示本发明的另一实施方式的太阳能电池的截面图；和
图11是显示本发明的又一实施方式的太阳能电池的截面图。
具体实施方式
下面将详细参考对本发明的实施方式，实施方式的实例如附图中所图示。然而，应当理解本发明的实施方式不应限于这些实施方式，而是可以以各种方式修改的。
附图中，为清楚简明地说明本发明的实施方式，省略了对与描述无关的要素的说明，相同或极其相似的要素在整个说明书中将由相同的附图标记标注。另外，附图中，为更清楚地说明，要素尺寸如厚度和宽度等被放大或缩小，因此本发明的实施方式的厚度和宽度等不限于附图所示。
在整个说明书中，当要素被描述为“包括”另一要素时，只要不存在具体的冲突性描述，则不应将该要素理解为排除其他要素，该要素可以包括至少一种其他要素。另外，应当理解，当如层、膜、区或基板等要素被描述为在另一要素“上”时，其可以直接在该其他要素上，或者也可以存在居间的要素。另一方面，当如层、膜、区或基板等要素被描述为“直接在”另一要素“上”时，则其意味着二者之间不存在居间的要素。
下面，将参照附图详细描述本发明的实施方式的太阳能电池及其制造方法。
图1是显示本发明的一个实施方式的太阳能电池的截面图。
参照图1，本发明的实施方式的太阳能电池100包括半导体基板10、形成在半导体基板10的一个表面(例如，后表面)上的隧穿层20，和形成在隧穿层20上的第一导电半导体层32和第二导电半导体层34。太阳能电池100可以还包括与第一和第二导电半导体层32和34连接的第一和第二电极42和44，第一和第二电极42和44用于收集载流子。另外，太阳能电池100例如可以还包括钝化膜60、前表面场层62和抗反射膜50。下文中将对此进行详细描述。
半导体基板10可以包括含有第一导电掺杂剂的基区110，第一导电掺杂剂以低浓度掺杂。在此情况中，基区110例如可以由含有第一导电掺杂剂的硅形成。硅可以是单晶硅，并且第一导电掺杂剂可以是n型掺杂剂或p型掺杂剂。即，第一导电掺杂剂可以是包括如磷(P)、砷(As)、铋(Bi)或锑(Sb)等V族元素的n型掺杂剂。作为另外一种选择，第一导电掺杂剂可以是包含如硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)或铟(In)等III族元素的p型掺杂剂。
在本发明的实施方式中，半导体基板10包括基区110，而不具有另外的掺杂区。这可以防止半导体基板10因形成掺杂区而损坏，也可以防止掺杂区的重组。
在一个实例中，基区110可以含有n型掺杂剂作为第一导电掺杂剂。因此，与半导体基板10(更具体而言是基区110)穿过隧穿层20而形成隧道结的第二导电半导体层34可以是p型层。由此，第二导电半导体层34可以在较宽的区域上形成，并且通过第二导电半导体层34与半导体基板10之间的结来充当引起光电转换的发射体，这可以确保迁移率比电子低的空穴的有效收集。当光发射至上述隧道结时，通过光电效应生成的电子被第一电极42收集，并且空穴移向半导体基板10的前表面并被第二电极44收集。由此，产生电能。然而，本发明的实施方式不限于此，并且半导体基板10和第一导电半导体层32可以是p型，并且第二导电半导体层34可以是n型。
半导体基板10的前表面可以进行纹理化，由此具有凸部和凹部(例如，锥部或其他形状的部分)。半导体基板10的设置有凸部和凹部的纹理化前表面可以实现更大的表面粗糙度，其可降低入射光在半导体基板10的前表面上的反射。以此方式，到达由半导体基板10和第二导电半导体层34形成的隧道结的光的量会增加，这会减少光损失。
半导体基板10的后表面可以进行例如抛光，并可以是较光滑和平坦的表面，具有比半导体基板10的前表面更低的表面粗糙度。同样，已经通过半导体基板10到达后表面的光可以被后表面反射，然后再次行进至半导体10中。另外，在如本发明的实施方式中那样，其中隧道结在半导体基板10的后表面通过隧穿层20而形成的实例中，太阳能电池100的性质可以根据半导体基板10的后表面性质而有较大改变。因此，半导体基板10的后表面不通过纹理化设置凸部和凹部。然而，本发明的实施方式不限于此，而是可以进行各种变化。
可以在半导体基板10的前表面上(即，在半导体基板10的上方)依次形成钝化膜60、前表面场层62和抗反射膜50。钝化膜60、前表面场层62和抗反射膜50可以在整个前表面上形成。这可以使各层的作用最大化，并简化其制造过程，这是因为图案化是并非必需的。
钝化膜60主要起到使存在于半导体基板10的表面或本体中的缺陷钝化的作用。前表面场层62具有类似于后表面场(BSF)层的功能，因为其第一或第二导电掺杂剂的浓度比半导体基板10大。即，前表面场层62产生防止半导体基板10前表面的载流子重组的电场。这会升高太阳能电池100的开路电压Voc。抗反射膜50可以起到降低入射光在半导体基板10前表面上的反射的作用，由此增加到达隧道结的光的量。这会提高太阳能电池100的短路电流Isc。
在一个实例中，钝化膜60和/或抗反射膜50可以具有选自由氮化硅膜、含氢的氮化硅膜、二氧化硅膜、氮氧化硅膜(silicon oxide nitride film)、MgF2、ZnS、TiO2和CeO2组成的组中任一种的单层膜结构，或上述材料膜中至少两种构成的多层膜结构。作为另外一种选择，钝化膜60可以例如由本征非晶半导体(例如，非晶硅)形成。
在一个实例中，前表面场层62可以由掺杂有第一或第二导电掺杂剂的非晶半导体(例如，非晶硅)形成。但是，本发明的实施方式不限于此，并且当钝化膜60和抗反射膜50等具有充分的固定电荷时，前表面场层62可以省略。
即，钝化膜60、前表面层62和抗反射膜50可以由上述材料以外的各种其他材料形成。另外，术语“钝化膜”、“前表面场层”和“抗反射膜”仅为了方便而使用，本发明的实施方式不限于此。即，单一层可以进行钝化、电场创建和抗反射中的至少两种。例如，抗反射膜50可以具有固定电荷以进行电场创建，并且也具有抗反射性质。在此情况中，前表面场层62可以省略。另外，钝化膜60、前表面场层62和抗反射膜50的形成顺序可以以各种方式变化。在一个实例中，在本发明的实施方式中，前表面场层62设置在钝化膜60上与半导体基板10分离。在另一实例中，可以通过以浓度比半导体基板10大的第一导电掺杂剂掺杂半导体基板10，来形成前表面场层62。在此情况中，钝化膜60和/或抗反射膜50设置在前表面场层62的上方。各种其他变化也是可以的。
隧穿层20形成在半导体基板10的后表面上。隧穿层20可以改进半导体基板10的后表面的界面性质，并通过隧穿对所产生的载流子进行有效的转移。隧穿层20可以由各种能使载流子隧穿的材料形成。例如，隧穿层20可以由氧化物、氮化物和导电聚合物等形成。在此情况中，隧穿层20可以在半导体基板10的整个后表面上形成。因此，隧穿层20可以使半导体基板10的整个后表面钝化，并可以无需图案化而容易地形成。
为实现足够的隧穿效应，隧穿层20的厚度可以为5mm以下，并可以在0.5mm～5mm范围内(例如，在1mm～4mm范围内)。当隧穿层20的厚度超过5mm时，隧穿对于太阳能电池的运转而言可能不足。当隧穿层20的厚度低于5mm时，可能难以形成所期望的品质的隧穿层20。为进一步增强隧穿效应，隧穿层20的厚度可以为1mm～4mm。然而，本发明的实施方式不限于此，隧穿层20的厚度可以改变。
第一导电半导体层32可以由含有与半导体基板10的掺杂剂相同的第一导电掺杂剂的半导体(例如，硅)形成。第一导电掺杂剂可以是导电类型与半导体基板10相同的任何掺杂剂。即，当第一导电掺杂剂是n型掺杂剂时，可以采用如磷(P)、砷(As)、铋(Bi)或锑(Sb)等V族元素。当第一导电掺杂剂是p型掺杂剂时，可以采用如硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)或铟(In)等III族元素。第一导电半导体层32可以具有后表面场结构，并用于防止载流子因在半导体基板10表面重组而损失。另外，第一导电半导体层32可以用于降低其与第一电极42相接触的部分的接触电阻。
第二导电半导体层34可以由含有与半导体基板10的掺杂剂相反的第二导电掺杂剂的半导体(例如，硅)形成。在此情况中，第二导电掺杂剂为导电类型与半导体基板10相反的任何掺杂剂。即，当第二导电掺杂剂是p型掺杂剂时，可以采用如硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)或铟(In)等III族元素。当第二导电掺杂剂是n型掺杂剂时，可以采用如磷(P)、砷(As)、铋(Bi)或锑(Sb)等V族元素。第二导电半导体层34与半导体基板10通过隧穿层20形成隧道结，由此充分促进光电转换。
第一和第二导电半导体层32和34具有均匀的厚度，并设置在同一平面上。因此，在平面视图中，第一和第二导电半导体层32和34以相互不重叠的方式形成。这消除了在层叠形式的第一与第二导电半导体层32与34之间形成绝缘层的需要。此非重叠结构是可能的，因为第一和第二导电半导体层32和34通过以不同的第一和第二导电掺杂剂掺杂单一半导体层30而形成。以此方式，可以简化太阳能电池100的构造和制造方法，并通过省略不必要的绝缘层而降低太阳能电池100的厚度。
在此情况中，导电类型与半导体基板10不同的第二导电半导体层34可以具有比导电类型与半导体基板10相同的第一导电半导体层32的面积更大的面积。这样，半导体基板10与第二导电半导体层34之间通过隧穿层20形成的隧道结可以具有更大的面积。另外，如上所述，在半导体基板10和第一导电半导体层32具有相同导电类型(即，n型)并且第二导电半导体层34为p型的实例中，可以有效地收集具有较低移动性的空穴。下面将参照图2更详细地描述第一和第二导电半导体层32和34的上述平面结构。
绝缘层40可以形成在第一和第二导电半导体层32和34的上方。绝缘层40可以用于防止第一和第二导电半导体层32和34与其不应连接的电极连接(即，防止第一导电半导体层32连接于第二电极44，并且防止第二导电半导体层34连接于第一电极42)。另外，绝缘层40可以起到将第一和第二导电半导体层32和34钝化的作用。
绝缘层40可以比隧穿层20厚。这可以提高绝缘和钝化性质。绝缘层40可以由各种绝缘材料(例如，氧化物和氮化物)形成。在一个实例中，绝缘层40可以具有选自由氮化硅膜、含氢的氮化硅膜、二氧化硅膜、氮氧化硅膜、Al2O3、MgF2、ZnS、TiO2和CeO2组成的组中任一种的单层膜结构，或上述材料膜中至少两种形成的多层膜结构。然而，本发明的实施方式不限于此，绝缘层40可以由各种其他材料形成。另外，绝缘层40可以省略。
绝缘层40具有第一开口和第二开口，第一导电半导体层32通过第一开口暴露，第二导电半导体层34通过第一开口暴露。
第一电极42通过第一开口连接于第一导电半导体层32，并且第二电极44通过第二开口连接于第二导电半导体层34。第一和第二电极42和44可以由各种金属形成。另外，第一和第二电极42和44可以具有各种平面形状，以使第一和第二电极42和44不相互电连接，而是分别与第一和第二导电半导体层32和34连接，以收集产生的载流子并将其向外转移。即，本发明的实施方式不限于上述平面形状的第一和第二电极42和44。
在本发明的实施方式中，将第一导电半导体层32与第二导电半导体层34相互分离的分离部可以在第一导电半导体层32与第二导电半导体层34之间的边界处形成。在一个实例中，本发明的实施方式示例了作为分离部的沟槽36。沟槽36充当第一导电半导体层32与第二导电半导体层34之间的间隔体，由此防止当第一与第二导电半导体层32与34相互接触时可能发生的局部发热(例如，热点(heat spot))。这可以增强电可靠性，从而获得太阳能电池100长期使用方面的显著增强的可靠性。
在此情况中，可以通过除去第一导电半导体层32与第二导电半导体层34之间的边界部分形成沟槽36。在本发明的实施方式中，沟槽36仅在隧穿层20上的第一导电半导体层32和第二导电半导体层34中形成，而不在隧穿层20和半导体基板10中形成。这样，隧穿层20在半导体基板10的整个后表面上形成，包括与在第一与第二导电半导体层32与34之间的边界中形成的沟槽36对应的位置。这可以防止对隧穿层20的损坏，并且因此防止因沟槽36的形成而对半导体基板10的损坏。以此方式，太阳能电池100的开路电压和电流密度可以通过减少对半导体基板10和隧穿层20的损坏而得到增强。另外，用于将半导体基板10和隧穿层20钝化的附加钝化层并非必要，这样获得简化的制造过程。即，假定与本发明的实施方式中不同，沟槽在半导体基板和隧穿层中形成，则会发生对于半导体基板和隧穿层的损坏。因此，需要在沟槽处形成用于钝化的附加钝化层。另一方面，在本发明的实施方式中，由于沟槽36未在半导体基板10和隧穿层20中形成，因此不存在对于半导体基板10和隧穿层20的损坏，附加钝化层并非必需。
在此情况中，由于沟槽36充当第一导电半导体层32与第二导电半导体层34之间的间隔体，因此沟槽36可以具有使第一导电半导体层32与第二导电半导体层34相互分离所需的最小宽度。即，沟槽36的宽度可以小于面积较小的第一导电半导体层32的宽度。
在此情况中，沟槽36的宽度W可以在0.5μm～100μm范围内。当沟槽36的宽度W低于0.5μm时，第一与第二导电半导体层32与34之间的电绝缘可能不充分。当沟槽36的宽度W超过100μm时，对于光电转换具有低水平贡献的区域(即，对应于沟槽36的区域)增大，这会使太阳能电池100的效率劣化。就绝缘效果和太阳能电池100的效率而言，沟槽36的宽度W可以在1μm～30μm范围内。然而，本发明的实施方式不限于此，沟槽36的宽度W可以以各种方式改变。
在此情况中，在平面视图中，沟槽36可以在第一与第二导电半导体层32与34之间的整个边界处形成。这将参照图2在下文中详细描述。
图2是显示本发明的实施方式的太阳能电池100的背面平面图。图2中所示的第一和第二导电半导体层32和34与第一和第二电极42和44的形状仅以示例的方式给出，本发明的实施方式不限于此。为清楚简要地进行图示，绝缘层40未在图2中示出。
参照图2，在本发明的实施方式的太阳能电池100中，第一导电半导体层32具有比第二导电半导体层34小的面积。同样，半导体基板10与第二导电半导体层34之间通过隧穿层20形成的隧道结可以具有更大的宽度。另外，如上所述，在半导体基板10和第一导电半导体层32具有相同导电类型(即，n型)并且第二导电半导体层34为p型的实例中，可以有效地收集具有较低移动性的空穴。
第一导电半导体层32可以包括沿半导体基板10的第一边缘(即，该附图的上边缘)形成的第一主干部分32a和自第一主干部分32a向与第一边缘相对的第二边缘(即，该附图的下边缘)延伸出的多个第一分支部分32b。第二导电半导体层34可以包括沿半导体基板10的第二边缘形成的第二主干部分34a，和自第二主干部分34a向第一边缘延伸出的多个第二分支部分34b，每个第二分支部分34b位于两相邻第一分支部分32b之间。第一导电半导体层32的第一分支部分32b和第二导电半导体层34的第二分支部分34b可以交替排列，例如相互交叉。另外，隧穿层20可以具有与第一导电半导体层34相同或基本相似的形状，因此可以具有对应于第二主干部分34a和第二分支部分34b的部分。
在此情况中，通过提供不同宽度的第一和第二主干部分32a和34a和/或第一和第二分支部分32a和34b，可以调整第一导电半导体层32和第二导电半导体层34的面积。即，第一主干部分32a的宽度可以小于第二主干部分34a的宽度，和/或第一分支部分32b的宽度可以小于第二分支部分34b的宽度。
另外，如上所述，沟槽36在第一导电半导体层32与第二导电半导体层34之间的整个边界处形成。在此情况中，沟槽36位于第一导电半导体层32的多个第一分支部分32b与第二导电半导体层34的多个第二分支部分34b之间。这样，沟槽36通常可以具有伸长的之字形或盘蛇形的平面形状。更具体而言，沟槽36可以包括在第一导电半导体层32的多个第一分支部分32b与第二导电半导体层34的多个第二分支部分34b之间纵向定位的第一沟槽部分361，和将两个相邻的第一沟槽部分361相互连接的在与第一沟槽部分361交叉的方向上形成的第二沟槽部分362。在此情况中，第二沟槽部分362交替地将各个第一沟槽部分361的一侧和另一侧相互连接。这可以通过防止第一与第二导电半导体层32与34之间接触而从根本上防止热点。
第一电极42可以包括与第一导电半导体层32的第一主干部分32a对应而形成的主干部分42a，和与第一导电半导体层32的第一分支部分32b对应而形成的分支部分42b。类似地，第二电极44可以包括与第二导电半导体层34的第二主干部分34a对应而形成的主干部分44a，和与第二导电半导体层34的第二分支部分34b对应而形成的分支部分44b。但是，本发明的实施方式不限于此，第一电极42和第二电极44可以具有各种其他平面形状。
通过上述构造，第一电极42在第一导电半导体层32上形成从而与其完全接触，并且第二电极44在第二导电半导体层34上形成从而与其完全接触。这样，即使在第二导电半导体层34具有足够面积的情况下，第一导电半导体层32和第一电极42也可以与第二导电半导体层34和第二电极44分隔开。这可以确保第一导电半导体层32与第一电极42之间稳定的电连接，和第二导电半导体层34与第二电极44之间稳定的电连接。绝缘层40的提供可以提高钝化和绝缘性质等。但是，绝缘层40不是必需的。
下面将参照图3A～3K详细描述具有上述构造的太阳能电池100的制造方法。下文中，关于已在上文中描述的部分将不再重复进行详细描述，而将仅详细提供与已经描述的部分不同的部分。
图3A～3K是显示本发明的该实施方式的太阳能电池的制造方法的截面图。
首先，如图3A中的实例所示，制备半导体基板10，其包括含有第一导电掺杂剂的基区110。在本发明的实施方式中，半导体基板10可以由含n型掺杂剂的硅形成。可以采用如磷(P)、砷(As)、铋(Bi)或锑(Sb)等V族元素作为n型掺杂剂。
在此情况中，半导体基板10的前表面接受纹理化处理，并从而具有凸部和凹部，并且半导体基板10的后表面进行例如抛光。由此，半导体基板10的后表面可以具有比前表面低的表面粗糙度。半导体基板10的前表面的纹理化处理可以是湿法或干法纹理化处理。湿法纹理化处理可以通过将半导体基板10浸入纹理化处理液中实现。这种湿法纹理化处理具有加工时间短的优点。干法纹理化处理通过使用例如金刚石钻头或激光切割半导体基板10的表面来实施。干法纹理化处理可以提供均匀的凸凹图案，但可能不利地导致加工时间长和对半导体基板10的损坏。另外，半导体基板10的纹理化处理可以通过反应性离子蚀刻(RIE)来实施。如上所述，在本发明的实施方式中，半导体基板10的纹理化处理可以使用各种方法来进行。同时，半导体基板10的后表面可以进行已知的抛光加工。
接下来，如图3B中的实例所示，在半导体基板10的后表面上形成隧穿层20。隧穿层20可以通过例如热生长、沉积(例如，等离子体增强化学气相沉积(PECVD))或原子层沉积(ALD)而形成。然而，本发明的实施方式不限于此，隧穿层20可以使用各种其他方法形成。
接下来，如图3C中的实例所示，在隧穿层20上形成半导体层30。在此情况中，半导体层30可以由非晶、多晶(poly-crystal或poly-crystalline)或细晶(或微晶)半导体(例如，硅)形成。
接下来，如图3D～3H中的实例所示，对半导体层30掺杂第一和第二导电掺杂剂，以形成第一导电半导体层32和第二导电半导体层34。下文中将对此详细描述。
首先，如图3D中的实例所示，在整个半导体层30上形成具有第二导电掺杂剂的掺杂层342(下文中称作第二掺杂层342)。第二掺杂层342可以是具有第二导电掺杂剂的各种层中的任一种，并可以由硼硅酸盐玻璃(BSG)形成。当由硼硅酸盐玻璃形成的第二掺杂层342在由非晶半导体形成的半导体层30上形成时，第二掺杂层342可以在低温下形成。
接下来，如图3E中的实例所示，选择性蚀刻第二掺杂层342中与第一导电半导体层32对应的区域，以形成开口342a。该选择性蚀刻可以使用各种方法实施。在一个实例中，在第二掺杂层342上形成暴露出将要形成第一导电半导体层32的区域的抗蚀剂层(例如，用于光刻法中的抗蚀剂层)之后，可以使用蚀刻液蚀刻第二掺杂层342的对应区域。作为另外一种选择，对第二掺杂层342在将要形成第一导电半导体层32的区域涂布蚀刻膏之后，可以通过热处理来蚀刻第二掺杂层342的对应区域。
接下来，如图3F中的实例所示，在整个第二掺杂层342上形成具有第一导电掺杂剂的掺杂层322(下文中称作第一掺杂层322)，以使开口(参见图3E的附图标记342a)填充有第一掺杂层322。第一掺杂层322可以是具有第二导电掺杂剂的各种层中的任一种，并可以由磷硅酸盐玻璃(PSG)形成。
如上所述，在本发明的实施方式中，首先形成第二掺杂层342，然后形成第一掺杂层322。因此，首先形成作为对应于具有较大或大面积的第二导电半导体层34的第二掺杂层342，然后从第二掺杂层342中除去仅对应于第一导电半导体层32的窄小面积，整个加工时间可以缩短。但是，本发明的实施方式不限于此，可以使用掩模将第二掺杂层342在半导体层30上形成为与第二导电半导体层34对应的形状。作为另外一种选择，可以首先形成第一掺杂层322，然后可以形成第二掺杂层342。可以有各种其他变化。
接下来，如图3G中的实例所示，通过热处理，第一掺杂层322中含有的第一导电掺杂剂扩散至半导体层(参照图3F的附图标记30)中形成第一导电半导体层32，并且第二掺杂层342中含有的第二导电掺杂剂扩散至半导体层30中形成第二导电半导体层34。虽然本发明的实施方式说明的是使用第一和第二掺杂层322和324掺杂第一和第二导电掺杂剂，但本发明的实施方式不限于此。因此，可以有例如使用掩模的离子植入等各种改变。
接下来，如图3H中的实例所示，除去第一掺杂层322和第二掺杂层324。可以使用各种已知方法除去掺杂层。在一个实例中，第一掺杂层322和第二掺杂层324可以通过依次在稀氢氟酸(HF)溶液浸泡、然后用水洗涤而除去。但是，本发明的实施方式不限于此。第一和第二掺杂层322和342的这种除去可以防止保留掺杂层322和342时可能发生的弯曲。
接下来，如图3I中的实例所示，在第一与第二导电半导体层32与34的边界处蚀刻第一和第二导电半导体层32和34中的至少一种，形成第一与第二导电半导体层32与34之间的沟槽36。在此情况中，仅选择性地除去第一和第二导电半导体层32和34，而未除去隧穿层20和半导体基板10。
可以使用各种方法选择性地仅除去第一和第二导电半导体层32和34。
在一个实例中，可以在调整激光的类型和功率的大小等从而仅蚀刻第一和第二导电半导体层32和34的条件下进行激光烧蚀。例如，可以通过控制激光烧蚀所加热的第一和第二导电半导体层32和34的温度、激光的类型和输出功率等，选择性地仅除去第一和第二导电半导体层32和34。
在另一实例中，可以通过使用对隧穿层20和第一和第二导电半导体层32和34表现出不同蚀刻速率的蚀刻液进行蚀刻，从而选择性地仅除去第一和第二导电半导体层32和34。更具体而言，当对于所要除去的第一与第二导电半导体层32与34之间的边界施加用于仅蚀刻第一和第二导电半导体层32和34而不蚀刻隧穿层20和半导体基板10的蚀刻液或涂膏时，仅第一和第二导电半导体层32和34被选择性地蚀刻，而隧穿层20和半导体基板10未被蚀刻。在此情况中，如果情况需要，则可以使用掩模或抗蚀剂层等，所述掩模或抗蚀剂层等仅暴露第一与第二导电半导体层32与34之间的边界。
更具体而言，当隧穿层20含有二氧化硅并且第一和第二导电半导体层32和34含有硅时，蚀刻液可以包含四甲基氢氧化铵(TMAH)。四甲基氢氧化铵对于二氧化硅和硅表现出不同的蚀刻速率，并因此可以高效地蚀刻含有硅的第一和第二导电半导体层32和34，而不损坏含有二氧化硅的隧穿层20。这将参照图4和5在下文中更详细描述。
图4是显示取决于温度和浓度使用四甲基氢氧化铵(TMAH)的硅蚀刻速率的图，而图5是显示取决于温度和浓度使用四甲基氢氧化铵(TMAH)的氧化硅蚀刻速率的图。参照图4和5可以理解，TMAH的硅蚀刻速率在5μm～60μm范围内，而TMAH的二氧化硅蚀刻速率在2nm～180nm范围内。即，可以理解的是，TMAH表现出高的硅蚀刻率和低的二氧化硅蚀刻率，并由此可以起到选择性地蚀刻硅的作用。
虽然本发明的实施方式描述的是作为实例使用TMAH作为蚀刻液，但本发明的实施方式不限于此。因此，考虑到半导体基板10、隧穿层20和第一和第二导电半导体层32和34的构成材料等，可以使用能够选择性地蚀刻第一和第二导电半导体层32和34的各种其他材料。
另外，本发明的实施方式描述，第一导电半导体层32和第二导电半导体层34形成时相互接触，并除去二者之间的边界。但是，本发明的实施方式不限于此。因此，第一导电半导体层32和第二导电半导体层34可以在形成时相互分隔开(例如，二者之间插入本征半导体层形式的分离部(参见图8的附图标记36c)，然后可以至少除去分离部36c。可以有各种其他变化。
接下来，如图3J中的实例所示，在半导体基板10的后表面的第一和第二导电半导体层32和34上形成绝缘层40。另外，在半导体基板10的前表面，形成钝化膜60、前表面场层62和抗反射膜50。绝缘层40和钝化层60可以通过如真空沉积、化学气相沉积、旋涂、丝网印刷或喷涂等各种方法形成。前表面场层62可以通过在沉积半导体材料等的过程中或之后掺杂第一导电掺杂剂而形成。抗反射膜50可以通过如真空沉积、化学气相沉积、旋涂、丝网印刷或喷涂等各种方法形成。
接下来，如图3K中的实例所示，在第一和第二导电半导体层32和34上形成与其电连接的第一和第二电极42和44。
第一和第二电极42和44可以通过在绝缘层40中形成开口并实施如电镀或沉积等各种方法而形成。作为另外一种选择，在通过丝网印刷等将第一和第二电极42和44形成用膏施加在绝缘层40之后，可以通过烧穿或激光烧火接触等形成具有上述形状的第一和第二电极42和44。在此情况中，不必加入形成开口的工序。
上述实施方式说明的是首先形成隧穿层20、第一和第二导电半导体层32和34、沟槽和绝缘层40，然后形成前表面场层62和抗反射膜50，之后，形成第一和第二电极42和44。但是，本发明的实施方式不限于此。因此，隧穿层20、第一和第二导电半导体层32和34、沟槽36、绝缘层40、前表面场层62、抗反射膜50和第一和第二电极42和44的形成顺序可以以各种方式改变。
根据本发明的实施方式，在形成沟槽36时，沟槽36未形成在半导体基板10和隧穿层20中。这可以防止对半导体基板10和隧穿层20的损坏，并消除对于在与沟槽36对应的位置处另外形成用于将半导体基板10和隧穿层20钝化的钝化膜的需求。以此方式，如太阳能电池100的效率等太阳能电池的性质可以得到增强，并且太阳能电池100的制造方法可以得到简化。
下面，将参照图6～图8和图9A～图9F更详细地描述本发明的另一些实施方式的太阳能电池。
图6是显示本发明的另一实施方式的太阳能电池的背面平面图。为清楚简要地说明，在图6中未示出绝缘层(参照图1的附图标记40)，仅显示了绝缘层40中形成的开口402和404。
参照图6，在本发明的该实施方式的太阳能电池100中，岛屿形式的多个第一导电半导体层32可以相互分隔开。这种构造可以减小第一导电半导体层32的面积，并使第一导电半导体层32分布在整个半导体基板10上。同样，可以有效避免因第一导电半导体层32而造成的表面重组，并且最大化第二导电半导体层34的面积。但是，本发明的实施方式不限于此，第一导电半导体层32可以具有减小其面积的各种其他形状。
另外，虽然该图说明的是第一导电半导体层32具有圆形形状，但本发明的实施方式不限于此。因此，第一导电半导体层32可以具有多边形平面形状，如椭圆形、三角形、矩形、六边形等。
另外，各个第一导电半导体层32可以被沟槽36a围绕。在一个实例中，当第一导电半导体层32具有圆形形状时，沟槽36a可以具有圆圈(annular)形状或圆环(ring)形状。即，沟槽36a可以围绕第一导电半导体层32形成，并通过使第一导电半导体层32与第二导电半导体层34相互分隔开而用于防止产生不必要的分路。该图说明，沟槽36a围绕整个第一导电半导体层32，以从根本上防止分路的产生。但是，本发明的实施方式不限于此，沟槽36a可以仅围绕第一导电半导体层32外周的一部分。
在此情况中，沟槽36a充当第一导电半导体层32与第二导电半导体层34之间的间隔体，因此可以具有引起第一导电半导体层32与第二导电半导体层34相互分离所需的最小宽度。即，沟槽36a可以具有比面积较小的第一导电半导体层32的宽度小的宽度。在此情况中，第一导电半导体层32的宽度可以根据第一导电半导体层32的形状改变。第一导电半导体层32的形状在第一导电半导体层32如上所述具有圆形形状时可以基于直径来限定，而在第一导电半导体层32具有多边形形状时可以基于主要宽度来限定。具有最小面积的第一导电半导体层32可以防止来自第一导电半导体层32和第二导电半导体层34的不必要的局部发热。
图7是显示本发明另一实施方式的太阳能电池的第一和第二导电半导体层以及沟槽的局部平面图。
参照图7，在本发明的该实施方式中，充当分离部的沟槽36b部分地形成在第一与第二导电半导体层32与34之间的边界中。虽然沟槽36b未在整个边界形成，但沟槽36b可以起到充分防止局部发热等的作用。另外，部分地形成的沟槽36b可以增大第一和第二导电半导体层32和34的面积。在此情况中，第一和第二导电半导体层32和34可以具有如图2～6中的实例所示的形状。作为另外一种选择，第一和第二导电半导体层32和34可以具有各种其他形状。
就长度、距离和排列等而言，部分地形成的沟槽36b可以有各种实例，并且还可以有各种其他变化。
图8是显示本发明的另一实施方式的太阳能电池的截面图。
参照图8，在本发明的该实施方式中，将第一与第二导电半导体层32与34相互分离的分离部36c可以完全地填充有本征半导体层。即，本征半导体层可以位于在第一与第二导电半导体层32与34之间边界处的分离部36c中，并且构成间隔体，第一和第二导电半导体层32和34通过所述间隔体而相互不接触。在此情况中，分离部36c可以如图7中的实例所示，部分地形成在第一与第二导电半导体层32与34之间。这可以最大化第一和第二导电半导体层32和34的面积，由此促进太阳能电池100效率的增强。但是，本发明的实施方式不限于此，分离部36c可以具有如图2中的实例所示的结构。
在此情况中，在本发明的实施方式中，第一和第二导电半导体层32和34以及分离部36c通过同一工序同时形成，这可以简化太阳能电池100的制造工序，并因此提供太阳能电池100的改进的构造。这将参照图9A～9F在下文中更详细描述。下面，与已参照图3A～3K在上文中描述的那些部分相同的部分将不再重复，将仅详细提供不同于已描述的那些部分的部分。
图9A～9F是显示本发明的该实施方式的太阳能电池的制造方法的截面图。
首先，如图9A中的实例所示，在半导体基板10上依次形成隧穿层20和半导体层30。半导体层30可以由多晶、细晶或非晶半导体(例如，硅)形成。
接下来，如图9B～9E中的实例所示，在半导体层30上依次形成第一导电半导体层32、第二导电半导体层34和分离部36c。下文中将对此详细描述。
更具体而言，如图9B中的实例所示，在对应于第一导电半导体层32的位置处形成第一掺杂层322。第一掺杂层322可以是含有第一导电掺杂剂的各种层中的任一种，并可以例如由磷硅酸盐玻璃(PSG)形成。通过使用磷硅酸盐玻璃(PSG)，第一掺杂层322可以容易地形成。在此情况中，第一掺杂层322可以包括与多个第一导电半导体层32对应的多个掺杂部分。所述多个掺杂部分可以具有对应于第一导电半导体层32的岛屿形状。
如上所述的第一掺杂层322可以使用掩模在半导体层30上形成为与第一导电半导体层32对应的形状。作为另外一种选择，形状与第一导电半导体层32对应的第一掺杂层322可以例如通过喷墨印刷或筛网印刷在半导体层30上形成。作为另外一种选择，为形成第一掺杂层322，可以将对应于第一掺杂层322的材料设置在整个半导体层30上，并可以使用蚀刻液或蚀刻膏等除去材料中将不形成第一导电半导体层32处的部分。
接下来，如图9C中的实例所示，形成未掺杂层362以覆盖第一掺杂层322和在第一掺杂层322周围的一部分半导体层30。未掺杂层362由不含第一和第二导电掺杂剂的材料形成。在一个实例中，未掺杂层362可以是硅酸盐或绝缘膜。在此情况中，未掺杂层362可以覆盖第一掺杂层322和在第一掺杂层322周围的一部分半导体层30。
未掺杂层362可以使用掩模在半导体层30上以所期望的形状形成。作为另外一种选择，具有所期望的形状的未掺杂层362可以通过例如喷墨印刷或丝网印刷在半导体层30上形成。作为另外一种选择，为形成未掺杂层362，可以在整个半导体层30和第一掺杂层322上设置对应于未掺杂层362的材料，并可以使用蚀刻液或蚀刻膏等除去该材料的不必要部分。
接下来，如图9D中的实例所示，在未掺杂层362和半导体层30上形成第二掺杂层342。第二掺杂层342可以是含有第二导电掺杂剂的各种层中的任一种。第二掺杂层342可以使用硼硅酸盐玻璃容易地形成。可以形成第二掺杂层342以完全覆盖未掺杂层362和半导体层30。
接下来，如图9E中的实例所示，通过热处理，第一掺杂层322中含有的第一导电掺杂剂扩散至半导体层30中形成第一导电半导体层32，并且第二掺杂层342中含有的第二导电掺杂剂扩散至半导体层30中形成第二导电半导体层34。即将位于第一导电半导体层32与第二导电半导体层34之间与未掺杂层362相邻的一部分半导体层未被掺杂，从而形成分离部36c。在此情况中，分离部36c可以由多晶、细晶或非晶半导体(例如，硅)形成。
这样，通过位于第一导电半导体层32与第二导电半导体层34之间的分离部36c，第一导电半导体层32和第二导电半导体层34被相互分隔开。
然后，除去第一掺杂层322、未掺杂层362和第二掺杂层342。可以使用各种已知方法除去这些层。在一个实例中，第一掺杂层322、未掺杂层362和第二掺杂层342可以通过依次浸入稀氢氟酸(HF)溶液、然后用水洗涤而除去。但是，本发明的实施方式不限于此。
接下来，如图9F中的实例所示，形成绝缘层40、钝化膜60、前表面场层62、抗反射膜50和第一和第二电极42和44。
根据本发明的实施方式，第一和第二导电半导体层32和34以及分离部36c可以通过简化的工序同时形成，所述简化的工序为形成半导体层30，然后以掺杂剂掺杂一部分半导体层30，这可以简化太阳能电池100的制造方法，并改善太阳能电池100的生产率。特别是，随着均具有多个部分的第一掺杂层322和未掺杂层362的形成以及第二掺杂层342在整个表面上的形成，通过实施最少数量的图案化工序，可以同时形成具有所期望形状的第一和第二导电半导体层32和34以及分离部36c。这可以获得显著提高的生产率。
虽然上述实施方式说明的是依次形成第一掺杂层322、未掺杂层362和第二掺杂层342，但本发明的实施方式不限于此。即，在首先形成第二掺杂层342之后，可以依次形成未掺杂层362和第一掺杂层322。作为另外一种选择，在仅在与分离部36c对应的位置形成未掺杂层362之后，可以形成第一和第二掺杂层322和342。因此，第一和第二掺杂层322和342以及未掺杂层362的形成顺序可以以各种方式改变。
同时，在图8的实施方式中，由于第一导电半导体层32与第二导电半导体层34之间的分离层36c完全地填充有本征半导体层，因此第一导电半导体层32和/或第二导电半导体层34具有相同厚度或相似厚度。然而，本发明的实施方式不限于此，可以进行各种变化。
例如，如图10中的实例所示，位于分离部36c处的本征半导体层36d可以具有比第一导电半导体层32和第二导电半导体层34的厚度小的厚度。例如，分离部36c可以具有10μm以下的厚度。
可以在完成形成第一和第二导电半导体层32和34的工序(图9C中所示的工序)之后，通过参照附图3I的如上所述的工序形成分离部36c。在此情况中，在本发明的实施方式中，通过除去分离部36c，可以有效防止第一导电半导体层32与第二导电半导体层34之间的分路，并且可以保留分离部36c的一部分以更稳定地保护隧穿层20。
虽然图10显示的是第一导电半导体层32与第二导电半导体层34之间的分离部36c完全地填充有本征半导体层，但本发明的实施方式不限于此。即，如图11中的实例所示，第一导电半导体层32与第二导电半导体层34之间的分离部36c可以部分地填充有本征半导体层36d。在此情况中，本征半导体层36d可以位于第一导电半导体层32与第二导电半导体层34之间的分离部36c的仅一部分中，并且可以不位于分离部36c的保留部分中。例如，位于分离部36c中的本征半导体层36d可以包括多个岛屿形式的部分，或者可以在本征半导体层36d中形成多个相互分隔开的开口。通过在分离部36d的一部分中提供本征半导体层36d，可以有效地防止本征半导体层36d引起的载流子的迁移，并且隧穿层20可以更稳定地得到保护。
由以上描述显而易见的是，根据本发明的实施方式，通过在第一与第二导电半导体层之间提供分离部，可以防止第一导电半导体层与第二导电半导体层相互进行接触时可能发生的各种问题(例如，热点)。在此情况中，半导体基板和隧穿层中未形成沟槽。这样，可以避免对半导体基板和隧穿层的损坏，并且不需要在形成沟槽的位置形成钝化膜。以此方式，可以改善太阳能电池的性质，如太阳能电池的效率，并且可以简化太阳能电池的制造方法。
上述特征、构造和效果等包括在本发明的至少一个实施方式中，而不应仅限于一个实施方式。另外，各实施方式中所说明的特征、构造和效果等在本领域技术人员可以将其相互组合或修改时可以适用于其他实施方式。因此，关于这些组合和修改的内容应被认为包括在如所附权利要求所公开的本发明的实施方式的范围和精神之内。

Claims (20)

1.一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：
半导体基板；
在所述半导体基板的一个表面上形成的隧穿层；
在所述隧穿层表面上形成的第一导电半导体层；
在所述隧穿层表面上形成的第二导电半导体层；和
分离部，所述分离部将第一导电半导体层与第二导电半导体层相互分离，并在与第一导电半导体层与第二导电半导体层之间边界的至少一部分对应的位置处在所述隧穿层表面上形成。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述隧穿层在所述半导体基板的整个所述一个表面上形成，并且
其中所述分离部不在所述隧穿层或所述半导体基板中形成。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，在平面视图中所述分离部部分地形成在第一导电半导体层与第二导电半导体层之间。
4.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述分离部包括空的空间形式的沟槽。
5.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述分离部作为本征半导体层提供。
6.如权利要求5所述的太阳能电池，其中，所述本征半导体层由多晶硅、微晶硅或非晶硅形成。
7.如权利要求5所述的太阳能电池，其中，第一导电半导体层与第二导电半导体层之间的所述分离部完全地由所述本征半导体层填充。
8.如权利要求5所述的太阳能电池，其中，第一导电半导体层与第二导电半导体层之间的所述分离部部分地由所述本征半导体层填充。
9.如权利要求5所述的太阳能电池，其中，位于所述分离部中的所述本征半导体层的厚度与第一导电半导体层和第二导电半导体层中的至少一个相同。
10.如权利要求5所述的太阳能电池，其中，位于所述分离部中的所述本征半导体层的厚度小于第一导电半导体层和第二导电半导体层中每一个。
11.如权利要求1所述的太阳能电池，其中，在平面视图中所述分离部完全地形成在第一导电半导体层与第二导电半导体层之间。
12.如权利要求11所述的太阳能电池，其中，所述分离部包括空的空间形式的沟槽。
13.如权利要求12所述的太阳能电池，其中，所述沟槽为连续形成的单一沟槽。
14.如权利要求13所述的太阳能电池，其中，第一导电半导体层包括相互平行排列的多个第一分支部分，
其中第二导电半导体层包括相互平行排列的多个第二分支部分，并且
其中所述沟槽包括在第一分支部分与第二分支部分之间形成的多个第一沟槽部分和各自交替地将所述多个第一沟槽部分中两个相邻的第一沟槽部分相互连接的第二沟槽部分，所述第一沟槽部分具有伸长形状并沿第一和第二分支部分的纵向延伸。
15.一种太阳能电池的制造方法，所述方法包括：
在半导体基板的一个表面上形成隧穿层；
在所述隧穿层表面上形成第一导电半导体层和第二导电半导体层，所述第一导电半导体层和第二导电半导体层相互接触；和
通过选择性地除去所述隧穿层上的一部分第一导电半导体层和第二导电半导体层，在第一导电半导体层和第二导电半导体层之间边界的至少一部分中形成沟槽。
16.如权利要求15所述的方法，其中，在所述沟槽的形成中，除去第一导电半导体层和第二导电半导体层但不除去所述隧穿层。
17.如权利要求15所述的方法，其中，在所述沟槽的形成中，使用对于所述隧穿层和第一、第二导电半导体层具有不同蚀刻速率的蚀刻液，或者使用激光，从而选择性地去除一部分第一导电半导体层和第二导电半导体层。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述蚀刻液包含四甲基氢氧化铵(TMAH)，
其中所述隧穿层由二氧化硅形成，并且
其中第一导电半导体层和第二导电半导体层由硅形成。
19.一种太阳能电池的制造方法，所述方法包括：
制备半导体基板；
在所述半导体基板的一个表面上形成隧穿层；
在所述隧穿层表面上形成本征半导体层；和
对所述本征半导体层掺杂第一导电掺杂剂和第二导电掺杂剂，以分别形成第一导电半导体层和第二导电半导体层，
其中，在所述掺杂中，所述第一导电半导体层与所述第二导电半导体层之间的边界有部分未进行掺杂，以形成分离部。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述掺杂包括：
在所述本征半导体层上形成含有第一导电掺杂剂的第一掺杂层；
在所述本征半导体层上形成未掺杂层，以覆盖第一掺杂层和在第一掺杂层周围的一部分所述本征半导体层；
在所述本征半导体层、第一掺杂层和所述未掺杂层上形成含有第二导电掺杂剂的第二掺杂层；和
通过热处理使第一导电掺杂剂和第二导电掺杂剂扩散至所述本征半导体层中，以同时形成第一导电半导体层、第二导电半导体层和所述分离部，
其中，在所述扩散步骤中，其中扩散有第一导电掺杂剂的部分形成第一导电半导体层，其中扩散有第二导电掺杂剂的部分形成第二导电半导体层，并且第一导电半导体层与第二导电半导体层之间的未掺杂区域形成所述分离部。
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